Si bien es un pasatiempo popular para muchos, la pesca también es un pasatiempo lleno de incertidumbre. Cada vez que tienes algo en la línea, nunca puedes estar completamente seguro de qué tipo de pez has enganchado hasta que lo sacas del agua. De manera similar, los científicos que « pescan » biomarcadores (moléculas cuyas aplicaciones para el cuidado de la salud incluyen la señalización de la presencia de cáncer) en biofluidos como la sangre también pueden encontrar imprevisibilidad. Encontrar un biomarcador de proteína específico en un grupo de miles es como tratar de atrapar una especie de pez en particular en el vasto océano.
Afortunadamente, un equipo de investigadores de la Facultad de Artes y Ciencias (A&S) de la Universidad de Syracuse, la Universidad Médica de SUNY Upstate, Ichor Therapeutics y la Universidad de Clarkson han diseñado un pequeño sensor de tamaño nanométrico capaz de detectar biomarcadores de proteínas en una muestra en una sola molécula. precisión. Oportunamente acuñado como « anzuelo y cebo », un pequeño aglutinante de proteínas se fusiona con un pequeño orificio creado en la membrana de una célula, conocido como nanoporo, que permite que la solución iónica fluya a través de él. Cuando el sensor reconoce una molécula objetivo, el flujo iónico cambia. Este cambio en el flujo sirve como señal del sensor de que se ha encontrado el biomarcador.
« Estos nanoporos están equipados con ganchos que extraen ciertos biomarcadores de proteínas de una solución », dice Liviu Movileanu, profesor de física en A&S, coautor del estudio junto con el investigador postdoctoral Mohammad Ahmad. « Al extraerlos de la solución de manera rápida y precisa, podemos identificar y cuantificar mejor los biomarcadores de proteínas que están asociados con diversas neoplasias malignas hematológicas y tumores sólidos ».
La última investigación del equipo, publicada en Nature Communications, aborda los desafíos anteriores que existían para hacer generalizable esta tecnología. Sus nuevos hallazgos formulan una arquitectura de diseño de sensor que se puede aplicar a una amplia gama de objetivos proteicos.
Combinando tecnologías innovadoras
Por primera vez, el equipo combinó la tecnología de nanoporos con la tecnología mimética de anticuerpos: andamios de proteínas diseñados artificialmente que se unen e interactúan con un biomarcador específico y se comportan como anticuerpos. Las células dentro del cuerpo diseñan sus propios anticuerpos que se unen y eliminan las sustancias no deseadas. Cuando se trata de terapias, los científicos diseñan pequeñas proteínas para penetrar en las células y estimular la producción de anticuerpos que se dirigen a patógenos específicos como virus o bacterias.
« Los investigadores diseñan los andamios usando andamios establecidos de la madre naturaleza y los adaptan usando mutagénesis evolutiva, donde escanean miles de millones de mutaciones de ADN hasta que encuentran algunas que interactúan fuertemente con una proteína específica », dice Movileanu, cuyo trabajo en el proyecto fue apoyado por una subvención de $1.2 millones de los Institutos Nacionales de Salud. « La creación de tecnologías de detección de proteínas altamente específicas abordará estas demandas y también acelerará los descubrimientos de nuevos biomarcadores con posibles consecuencias para la progresión de las condiciones patológicas ».
Según Movileanu, además de trabajar en una solución limpia, el sensor también es altamente efectivo en biofluidos complejos, como el suero sanguíneo, que contienen numerosos anticuerpos.
« Esencialmente, tienes un gancho muy específico que se dirige a una proteína muy específica », explica. « Dado que la señal codifica la proteína exacta a la que se dirige, esta técnica no tiene falsos positivos, lo que la hace práctica para el diagnóstico biomédico ».
Para validar sus hallazgos, el equipo probó su hipótesis utilizando una muestra de suero sanguíneo. Con su tecnología, pudieron identificar y cuantificar el receptor del factor de crecimiento epidérmico (EGFR), un biomarcador proteico en varios tipos de cáncer. Además, se realizaron numerosas calibraciones de los sensores utilizando otras técnicas biofísicas.
A la vanguardia del diagnóstico
Si bien su documento proporciona un prototipo de concepto, Movileanu dice que el proyecto allana el camino para amplias aplicaciones. Por ejemplo, al integrar los sensores en dispositivos de nanofluidos, esta tecnología permitiría a los científicos probar muchos biomarcadores diferentes a la vez en una muestra, proporcionando una base fundamental para la detección de biomarcadores en biofluidos complejos.
“El futuro de la medicina no dependerá tanto de las imágenes y las biopsias a la hora de diagnosticar cánceres”, dice Movileanu. « En su lugar, los investigadores utilizarán tecnología de nanosensores, como la que estamos desarrollando en nuestro laboratorio, para analizar muestras de sangre en busca de la presencia de varios biomarcadores asociados con diferentes tipos de cáncer. Esta investigación es fundamental para el futuro de los pronósticos, diagnósticos y tratamientos ».